5.4 - Pembiasan Gelombang

Pembiasan dan Laju Gelombang

• Pembiasan ialah perubahan arah perambatan gelombang akibat perubahan halaju apabila gelombang memasuki medium lain.
• Laju gelombang air bergantung pada kedalaman air; laju gelombang bunyi dipengaruhi oleh ketumpatan udara; laju gelombang cahaya bergantung pada ketumpatan optik medium.
• Kepingan perspeks dalam tangki riak menghasilkan kawasan cetek untuk dibandingkan dengan air yang lebih dalam di sekitarnya.
• Frekuensi gelombang tidak berubah kerana ditentukan oleh sumber. Tetapan stroboskop yang sama boleh menyebabkan gelombang tuju dan gelombang biasan kelihatan pegun.

Arah perambatan	Perubahan gelombang air
Dalam ke cetek	Laju dan panjang gelombang berkurang. Arah dibias mendekati garis normal, maka $i>r$.
Cetek ke dalam	Laju dan panjang gelombang bertambah. Arah dibias menjauhi garis normal, maka $i<r$.

Mentafsir Rajah Pembiasan

1. Arah gelombang tuju berserenjang dengan muka gelombang tuju.
2. Garis normal berserenjang dengan sempadan dua kedalaman pada titik tuju.
3. Arah gelombang biasan mendekati garis normal apabila memasuki air cetek, atau menjauhinya apabila memasuki air lebih dalam.
4. Muka gelombang biasan berserenjang dengan arah biasan. Jarak pemisahannya lebih kecil dalam air cetek dan lebih besar dalam air dalam.

Pembiasan dalam Kehidupan Harian

• Bunyi bergerak lebih laju dalam udara panas berbanding dengan udara sejuk.
• Pada waktu siang, udara berhampiran permukaan Bumi lebih panas daripada udara di atas. Bunyi dibias menjauhi permukaan Bumi, menyebabkan pemerhati di aras tanah mendengar bunyi yang lebih lemah.
• Pada waktu malam, udara berhampiran permukaan Bumi lebih sejuk daripada udara di atas. Bunyi dibias mendekati permukaan Bumi lalu kedengaran lebih jelas.
• Gelombang laut menghampiri pantai:
  • Muka gelombang jauh dari pantai hampir lurus dan selari kerana gelombang bergerak pada laju seragam.
  • Berhampiran tanjung, air lebih cetek mengurangkan laju dan panjang gelombang. Tenaga gelombang ditumpukan lalu amplitud menjadi lebih besar.
  • Di teluk, air lebih dalam membolehkan laju lebih tinggi dan panjang gelombang lebih besar. Tenaga tersebar ke kawasan lebih luas, menghasilkan amplitud lebih kecil dan air lebih tenang.
  • Perbezaan laju ini membengkokkan muka gelombang mengikut bentuk tepi pantai.

Hubung Kait dan Contoh Penghitungan

• Oleh sebab frekuensi sama dalam kedua-dua kawasan:

• Contoh 1: dalam air cetek, ${\lambda }_1=2\text{ cm}$ dan $v_1=8{\text{ cm s}}^{-1}$. Dalam air dalam, $v_2=12{\text{ cm s}}^{-1}$:

• Contoh 2: jarak $12\text{ cm}$ mengandungi empat panjang gelombang di kawasan P dan lapan di kawasan Q. Maka ${\lambda }_1=12/4=3\text{ cm}$ dan ${\lambda }_2=12/8=1.5\text{ cm}$. Dengan $v_1=18{\text{ cm s}}^{-1}$: